以颗粒形式存在的养分在农业排水水中可能对总负荷产生显著贡献。本研究描述了一种新方法，可在整个排水事件期间采集来自农田渠道排水的流量加权水样及悬浮颗粒物。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
本研究旨在描述在排水过程中从农田渠系中采集流量加权水样及悬浮颗粒物的方法。农田渠系中的养分（如磷（P））含量可能较高，且易于发生迁移。以悬浮颗粒物形式存在的磷可显著贡献排水水中总磷负荷。为在独立的排水事件期间收集悬浮颗粒物，开展了一项沉降箱实验。在整个排水事件持续期间，将农田渠系排出的水样连续收集至两个200 L的沉降箱中，以代表排放水体的一个复合子样本。最终使用伊姆霍夫沉降锥使悬浮颗粒物沉降。该过程通过从沉降箱经由沉降锥虹吸水样来实现。随后收集沉降的颗粒物用于理化分析。
引言
由于悬浮颗粒物在富营养化过程中的作用，特别是在农业系统中的影响，其归趋与迁移已受到大量研究的关注1,2。要深入探讨诸多环境问题，例如营养物质在水体中的内循环及其向表层水体的释放3、底质稳定性、水柱内的光照可利用性，以及最终对下游生态系统造成的水质问题4，必须对水生系统中颗粒物所含营养物质进行全面评估。以颗粒态形式（有机质或沉积物）储存的磷（P）含量通常高于水体中的含量5。Kenney et al.6 开展的一项研究表明，沉积于佛罗里达州洛赫卢萨湖的近期沉积物年代介于1900年至2006年之间，这些较新的沉积物中磷含量约为水体中磷含量的55倍。评估颗粒物对特定系统潜在影响的一种方法是，定量清查排水事件中随沉积物排出的磷储量。对这些排放颗粒物的采集与分析有助于估算其对下游敏感生态系统的营养富集影响。
暴雨事件通常只占很短的时间，但却可能贡献农田排水中大部分的磷（P）负荷排放。这是因为在短时间内需要排出大量水分，以防止田地发生洪涝。降雨强度和流量是控制地表径流中悬浮沉积物浓度的关键驱动因素7。设计能够采集流量加权....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
方案
1. 数据记录仪的安装与工作原理
- 确定一个研究农场，并安装一个数据记录仪，该记录仪可触发自动采样器按流量比例采集复合流量样本，此过程需要监测渠道水位、泵的扬程转数及泵的校准方程。
图1： ISCO采样器，用于编程设定复合排水和颗粒物水样的自动采样程序。 请点击此处查看此图的放大版本。
- 使用安装在泵站附近进水和出水渠中的压力传感器监测农场渠系水位。
- 通过安装在泵头上的接近开关监测泵速；数据记录仪以每分钟转数（rpm）记录转速。
注意：接近开关是当相互经过时可计数 rpm 次数的金属....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
结果
本研究中描述的方法使我们能够采集农场沟渠在泵水过程中排放的水体和颗粒物。所采集的水样和颗粒物为流量加权型，这意味着它们代表了整个泵水过程期间的排放情况，而不仅仅是一次瞬时样本，因此能高度代表实际排放物质的类型。采集的水体和悬浮颗粒物可储存起来，用于分析多种物理和化学参数。本文总结了来自美国甘蔗种植区（EAA）内三个农场沟渠的悬浮颗粒物的部分特性。对这些颗粒物进行的部分理化分析表明，其有机质含量高、容重低，并富含磷等营养物质 11颗粒物的堆积密度在0.08 g cm⁻³-3 至 0.11 g cm-3有机质含量介于55%至77%之间，总磷（TP）浓度介于2,173 mg kg-1 至 2,548 mg kg-1 (图4）。农场沟渠中的水质和悬浮沉积物特征能高度代表土壤类型及周边土地利用方式。在EAA地区，土壤有机质含量很高， >50%的有机质（OM），因此悬浮颗粒物中含有较高.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
用于收集排水中颗粒物的自动采样器被放置在出口泵站数据记录仪附近。电源由12 V蓄电池提供，蓄电池通过太阳能板充电。自动采样器由现场数据记录仪控制，当出口泵运行时启动采样器，泵停止时则关闭采样器。采样器进水口管路的开口位于渠底上方0.5 m处，并处于泵站的来水方向。进水管道通过将金属钢筋插入渠底，并用扎带将进水管固定在钢筋上来固定位置。每3分钟向200 L的沉降罐中收集2 L样品，样品每日采集。在野外，使用便携式抽吸泵从桶中移除大部分采集的水样，剩余的水和沉积物被转移到带盖的26 L桶中，运回研究站并放入冰箱冷藏。次日，使用实验室抽吸泵进一步去除多余水分。
在虹吸颗粒物时，应尽量避免移除悬浮颗粒，这一点非常重要。为此，可在软管末端连接一个移液枪头，并注意使枪头保持在水体表面附近。样品储存时残留少量多余水分是正常现象。了解样品的含水量可估算其干重当量，而记录所有容器在装有样品及提取剂前后以及不含有样品和提取剂时的质量，将有助于追踪实验操作的准确性。
使用该方法收集排水的独特之处在于，它能够采集到流量加权的排水，而非瞬时取样。流量加.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
本研究无任何利益冲突披露。
致谢
我们感谢 Pablo Vital 和 Johnny Mosley 在野外采样方面的帮助，以及 Viviana Nadal 和 Irina Ognevich 在实验室分析方面的协助。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 数据记录仪 | Campbell Scientific | 型号 CR1000 | |
| 自动采样器 | ISCO | 型号 3700 | |
| 压力传感器 | KPSI | 型号 700 | |
| 翻斗式雨量计 | Texas Electronics | 型号 TR-525 | |
| 氯化钾 | Fisher | 7447-40-7 | |
| 氢氧化钠 | Fisher | 1310-73-2 | |
| 盐酸 | Fisher | 7647-01-0 | |
| 硫酸 | Fisher | 7664-93-9 | |
| 过硫酸钾 | Fisher | 7727-21-1 | |
| 四水合钼酸铵 | Fisher | 12054-85-2 | |
| L-抗坏血酸 | Fisher | 50-81-7 | |
| 100 mg/L 无水磷酸盐标准溶液 | ERA | 061 | |
| 酒石酸锑钾三水合物 | Fisher | 28300-74-5 | |
| Durapore 膜滤器 | Millipore | HVLP04700 | |
| Whatman #41 滤纸 | Whatman | 1441-150 | |
| 固定速度往复摇床 E6010 | Eberbach Corporation | E6010.00 | |
| 一次性培养管 | Fisher | 14-961-29 | |
| Allegra 25R 离心机 | Becker Coulter | U.S. 605168-AC | |
| Parafilm 封口膜 | Bemis Company Inc PM 999 | 13-374-12 | |
| 橡树岭离心管 | Nalgene | 3119-0050 | |
| Fisherbrand 20 mL HDPE 闪烁瓶（带尿素盖） | Fisher | 03-337-23C | |
| Fisherbrand 天然聚丙烯广口瓶（带白色未衬里聚丙烯盖） | Fisher | 02-912-024A | |
| 0.45 微米膜滤器 | Cole-Parmer | 货号 # UX-15945-25 | |
| 100 mL 消解管 | Fisher | TC1000-0735 | |
| 玻璃漏斗 | Fisher | 03-865 | |
| Spectronic 20 Genesys 分光光度计 | Thermo-Fisher | 4001-000 | |
| QuikChem | Latchat | 8500 |
参考文献
- Sims, J. T., et al. Phosphorus loss in agricultural drainage: historical perspective and current research. J. Environ. Qual. 27, 277-293 (1997).
- Van Esbroeck, C. J., et al. Surface and subsurface phosphorus export from agricultural fields during peak flow events over the non-growing season in regions with cool, temperate climates. J. Soil Water Conserv. 72, 65-76 (2017).
- Bhadha, J. H., et al.
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
